JP3498654B2 - 配水量予測システム及び配水量予測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配水量予測システ
ム及び配水量予測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上水道施設において、各地の取水所から
取水した原水の浄水を行う浄水場では、各種設備の高機
能化やシステムの高度化などにより、施設の効率的な運
用や自動化が求められる。しかしながら、原水が取水さ
れてから末端まで配水されるには時間がかかるために、
需要に即応して配水量を変更することはできず、そのた
め、配水量を正確に予測することが重要な課題となって
いる。

【０００３】従来の配水量予測としては、一般に、過去
の配水量、最高気温、曜日、天候などのデータを基に定
める方法が提案されており、例えば、特開平７−２６８
９１０号公報等に記載されている。

【０００４】この技術は、過去から現在までの任意の期
間について、予め定めた特異日を除いて、最高気温に対
する配水量の実績データを、天候毎にトレンドカーブと
して作成したうえで、これをもとに配水量を求める近似
式を生成しているものである。さらに、その予測値との
誤差の演算などを行い、精度を高めようとしているもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配水量
の需要は、天候や最高気温などの自然要因のみならず、
社会活動の多様化による水需要の変化や、漏水などに見
られるような上水道諸施設の事情によっても左右される
ことが考えられる。

【０００６】そのため、従来の自然要因に重点を置いた
配水量予測の手法を使用して求めたデータでは、日量が
少ない場合に予測量が少な目に算出されてしまい、必要
とされる絶対量よりも少なくなってしまうという問題が
あった。

【０００７】また、水道設備が張り巡らされている大都
市圏においては、漏水などによって一定量で消費される
量が無視できない値となり、従来の手法のみでは予測精
度を上げることができないという問題もあった。

【０００８】このように、予測量が実際の需要と大きな
食い違いを生じた場合には、水道管の破裂や末端での水
量の不足という事態が生じかねない状況になっており、
配水量を正確に予測する方法の確立が求められていた。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、水需要の変化や、上水
道諸施設の漏水等がある場合においても、精度の高い配
水量を予測することができる配水量予測システム及び配
水量予測方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第１の視点において、データを記憶する
手段と、データを入力する手段と、前記記憶手段に記憶
されたデータと前記入力手段により入力されたデータを
参照して配水量の予測を行う演算処理手段と、を少なく
とも有する配水量予測システムにおいて、前記演算処理
手段に、予め記憶された配水量のデータから最低配水量
を選出する手段と、前記演算処理手段より予測した配水
量と前記最低配水量と比較し、前記予測配水量が前記最
低配水量を下回った場合には、前記最低配水量を前記予
測配水量に入れ替える演算手段と、を含むものである。

【００１１】本発明は、第２の視点において、データを
記憶する手段と、データを入力する手段と、前記記憶手
段に記憶されたデータと前記入力手段により入力された
データを参照して配水量の予測を行う演算処理手段と、
を少なくとも有する配水量予測システムにおいて、前記
演算処理手段に、予め記憶された配水量及び最高気温の
データから相関係数を算出する手段と、予め記憶された
配水量のデータから最低配水量を選出する手段と、前記
入力手段によって入力されたデータと前記算出手段によ
って算出された相関係数と前記選出手段によって選出さ
れた最低配水量とを参照して配水量を予測する手段と、
を含むものである。

【００１２】本発明は、第３の視点において、配水量予
測方法を提供する。該方法は、データを記憶する手段
と、データを入力する手段と、前記記憶手段に記憶され
たデータと前記入力手段により入力されたデータを参照
して配水量の予測を行う演算処理手段と、により配水量
の予測を行う配水量予測方法において、予め記憶された
配水量及び最高気温のデータから相関係数を算出するス
テップと、予め記憶された配水量のデータから最低配水
量を選出するステップと、前記入力手段によって入力さ
れたデータと前記算出手段によって算出された相関係数
と前記選出手段によって選出された最低配水量とを参照
して配水量を予測するステップと、を少なくとも有する
ものである。

【００１３】このように、浄水場等の配水量予測方法に
おいて、社会生活的要因における水需要の多様化や漏水
などの水道設備によって、常に一定の水需要が発生して
いることを考慮して、最低配水量を加味して配水量予測
を行うことによって、実際の需要に適合した配水量を予
測することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る配水量予測システム
は、その好ましい一実施の形態において、データを記憶
するデータ記憶装置（図２の２１０）と、データを入力
する入力装置（図２の２２０）と、配水量の予測を行う
コンピュータ（図２の２００）と、を有し、コンピュー
タには、予め記憶された配水量と最高気温のデータから
相関係数を算出する係数算出手段（図２の２０１）と、
この係数と予め記憶された配水量のデータから検出した
最低配水量と入力装置によって入力されたデータとを演
算することによって配水量を予測する配水量予測手段
（図２の２０２）と、配水量の実測値と予測値を比較し
て予測値を修正する予測修正手段（図２の２０３）とを
備える。

【００１５】図１において、相関係数の算出部１０１
は、過去データにより曜日別、天候別での最高気温と配
水量の相関を求めるものであり、時間単位予測係数の算
出部１０２は、過去の配水量データにより、時間単位予
測係数を求めるものである。また、予測パラメータの入
力部１０３は、当日及び前日のデータを入力するもので
ある。

【００１６】配水量予測の算出部１０４で、過去データ
により曜日別、天候別での最高気温と配水量の相関のデ
ータを基に算出部１０１で求めた相関係数を使用して当
日の予測配水量を算出し、過去の配水量データにより算
出部１０２で求めた時間単位予測係数を使用して、当日
の時間単位予測配水量を算出した結果に、予測値修正部
１０５で、当日の該当時間までの配水量実績値をもとに
して、以降の予測配水量の修正を行ことによって、従来
の手法による配水量予測に比べて、精度の高い配水量予
測を行うことができる。

【００１７】

【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して以下に説明する。

【００１８】［実施例１］まず、図２乃至図４を参照し
て、本発明の第１の実施例に係る配水量予測システム及
び配水量予測方法について説明する。図２は、配水量予
測システムの概要を模式的に示す構成図であり、図３
は、日単位配水量と最高気温との関係を示す図である。
また、図４は、本実施例の配水予測システムを用いて求
めた配水量予測値を示す図である。

【００１９】図２を参照して、本発明の第１の実施例に
係る配水量予測システムについて説明すると、本配水量
予測システムは、プログラム制御により動作するコンピ
ュータ（中央処理装置、プロセッサ、データ処理装置
等）２００と、過去のデータを保持している記憶装置２
１０と、当日のデータを入力する入力装置２２０とから
構成されている。

【００２０】また、コンピュータ２００は、蓄積された
過去データから配水量予測に使用するための、相関係数
と時間単位予測係数の算出を行う係数算出手段２０１
と、入力装置から入力された当日のデータと、係数算出
手段２０１によって算出された係数を用いて、当日の時
刻毎の配水量予測を行う配水量予測手段２０２と、当日
の実績と予測を比較することにより修正手段実施以降の
予測値の修正を行う予測値修正手段２０３と、を含む。

【００２１】このような構成の配水量予測システムを用
いて配水量の予測を行う方法について、具体的に説明す
る。

【００２２】まず、当日の配水量予測のために事前に各
種係数を求めておき、そのデータを使用して当日の配水
量の予測を行うが、そのため、事前処理として、過去デ
ータを使用して、曜日別、天候別での最高気温と配水量
との相関関係を求める。

【００２３】曜日別、天候別での最高気温と配水量との
相関関係を求めるには、過去の配水量データを、当日と
前日の曜日、天候によりパターン分類を行う。例えば、
曜日については、平日と土曜と休日と連休の４通りで分
類を行い、天候については、晴れと雨と曇りと雪の４通
りで分類を行うことで、２５６通りのパターンの組み合
わせを設定する。

【００２４】なお、地域によっては天候に偏りが生じる
ことがあり、少ないデータでは予測値が有為なものとな
りにくいため、例えば、各パターンにおいてデータ数が
５件以下になる場合には、他の天候の分類からデータを
移行することで予測値の精度を上げることができる。

【００２５】以下に説明する係数の算出については、上
述した２５６通りのパターン毎に演算する。まず、相関
係数の算出については、１日の配水量である日単位配水
量と当日の最高気温との関係を示す図３を用いて算出す
る。具体的には、図３の各データを最小二乗法によって
処理して（１）式のα、β求め、求められたα、βを相
関係数として保持しておく。

【００２６】

【数２】 日単位配水量＝α×ｅｘｐ（最高気温×β） …（２）

【００２７】次に、時間単位予測係数の算出を行う。ま
ず、各パターンにおいて、１日における時間単位毎の配
水量の実測データから最低配水量を検出する。検出した
最低配水量について、各パターン内で平均をとり、求め
た平均値を時間最低配水量とする。

【００２８】

【数３】 時間最低配水量＝（各日最低配水量の合計）／日数 …（３）

【００２９】ここで求められた時間最低配水量が、その
浄水場において常に存在している１時間における水量の
最低需要量と考えられる。そのため、配水量の予測は必
ずこの数値以上になるようにする。また、日単位最低配
水量を求めるために、時間最低配水量を２４倍すること
によって求める。

【００３０】

【数４】 日単位最低配水量＝時間最低配水量×２４ …（４）

【００３１】同様に、ここで求められた日単位最低配水
量が、その浄水場において常に存在している１日におけ
る水量の最低需要量と考えられる。

【００３２】次に、時間配水量増加分として、各時刻に
おいてどの程度最低配水量から増加しているかを求める
ため、時間単位配水量から時間最低配水量を引く。

【００３３】

【数５】 時間配水量増加分＝時間単位配水量−時間最低配水量 …（５）

【００３４】同様に、日単位配水量増加分として、各日
においてどの程度最低配水量から増加しているかを求め
るため、日単位配水量から日単位最低配水量を引く。

【００３５】

【数６】 日単位配水量増加分＝日単位配水量−日単位最低配水量 …（６）

【００３６】式（５）、（６）で求めた結果から、各時
刻毎に時間配水量増加分の日単位配水量増加分に対する
割合を算出する。

【００３７】以上の手順によって求められた各種の係数
をパターン毎に分類して保持しておく。以上の手順が事
前準備として行われ、配水量予測は、これらのデータを
利用して行われる。以下に、配水量の予測手順について
説明する。

【００３８】まず、予測パラメータの入力を行う。具体
的には、配水量予測を行う当日の曜日、天候、最高気温
の入力を行う。さらに、中央処理装置から、前日の曜
日、天候、最高気温を取得する。

【００３９】次に、入力した予測パラメータから、上述
した２５６通りのパターンに分類された中で当日に最も
適応したものを選択し、事前準備で算出されている相関
係数、時間単位予測係数を読み込み、読み込んだ相関係
数α、βを使用して、入力した最高気温から当日の日単
位配水量を算出する。

【００４０】

【数７】 日単位配水量＝α×ｅｘｐ（当日最高気温×β） …（７）

【００４１】式（７）で求めた日単位配水量と時間単位
予測係数（日単位最低配水量、時間別割合、時間最低配
水量）から、次式に従って、当日の時間単位配水量を算
出する。

【００４２】

【数８】 時間単位配水量＝（日単位配水量−日単位最低配水量）×時間別割合＋時間最 低配水量 …（８）

【００４３】以上説明した手順によって、当日の時間単
位配水量が算出され、図４の配水量予測が作成される。

【００４４】また、当日の運用において、その時間まで
に取得された配水量のデータと予測値を比較すること
で、予測値の修正を行う。予測値の修正は、当日の実績
である時間単位配水量と、予測された時間単位配水量と
で平均二乗誤差を求める。この平均二乗誤差が最小とな
るように、日単位配水量を調節する。ここで調節された
日単位配水量を式（７）に使用して、当日の以降の時刻
における時間単位配水量の予測を再度行い、時間単位配
水量を修正する。

【００４５】このように、本実施例の配水量予測方法に
よれば、社会生活的要因における水需要の多様化や漏水
などの水道設備によって、常に一定の水需要が発生して
いることを考慮して、最低配水量を用いて配水量予測を
行うことによって、実際の需要に適合した配水量を予測
することができる。

【００４６】なお、過去のデータのパターン分類におい
て、本実施例では、天候のパターンを晴れ、雨、曇り、
雪の４つに分類しているが、本発明は上記実施例に限定
されるものではなく、例えば、上記４つの分類の組み合
わせによる配水量の傾向を分析して、特徴のあるデータ
については、天候パターンに加えて分類することもで
き、それにより、１日の中で天候が刻々変化するような
状況にも対応することができ、より高精度な配水量予測
を行うことができる。

【００４７】［実施例２］本発明の第２の実施例に係る
配水量予測システム及び配水量予測方法について、図５
を参照して説明する。図５は、第２の実施例に係る配水
量予測方法を説明するための図である。本実施例と前記
した第１の実施例との相違点は、本実施例では最低配水
量の取扱いについてさらに工夫したことであり、その他
の手法については前記した第１の実施例と同様である。

【００４８】第２の実施例の配水量予測方法は、時間単
位配水量を算出するときに、予測配水量を式（７）を用
いて算出せずに、昭６１−２９４５１８号公報等に示す
ような従来の方式や、今後導入される方式のうち最低配
水量を考慮しないような方式によって求められた予測配
水量に対して、過去のデータから求めた最低配水量をし
きい値として適用して実際の需要に適合した予測を行う
ものである。

【００４９】即ち、予測された配水量がしきい値を下回
った場合に、予測値をしきい値に切り上げることによっ
て、配水量が水需要を下回ることを防止するものであ
る。図５を参照すると、例えば、時刻が午前２時から午
前６時までの間の配水量予測が、しきい値として設定し
た値よりも少なかったため、その間の予測値を最低配水
量の値に修正している点で異なる。

【００５０】本実施例の方法では、配水量予測の方式に
ついては従来のままで算出することができるため、シス
テムに大きな変更を施す必要がなく、最低配水量をしき
い値として適用することによって予測の精度を上げるこ
とができる。また、従来の予測方式の改良や新規予測方
式を採用した場合でも、予測値を算出するまではそのま
まの方式を採ることができるため、システム移行に影響
されずに最低配水量を適用することができる。

【００５１】なお、天候のパターンを晴れ、雨、曇り、
雪の組み合わせによる配水量の傾向を分析して、特徴の
あるデータについては、天候パターンに加えて分類する
ことにより、１日の中で天候が刻々変化するような状況
にも対応することができ、より高精度な配水量予測を行
うことができるのは、前記した第１の実施例と同様であ
る。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下記載の効果を奏する。

【００５３】本発明の第１の効果は、配水量予測につい
て、最低配水量という概念を導入しているので、最低予
測が少な目に算出されて、当日の絶対量を下回るような
事態を招くことなく、予測を高精度に実現することがで
きるということである。

【００５４】本発明の第２の効果は、事前にデータを作
成する場合に、当日だけでなく前日の曜日と天候を考慮
することで、分類されるパターンを詳細にでき、それぞ
れのパターンにおける係数の算出が高精度にできること
で、正確な予測ができるということである。

【００５５】また、本発明の第３の効果は、当日の運用
データをもとに予測値の修正を行っているので、当日の
事象に柔軟に対応することができるということである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配水量予測システムの構成を模式的に
示す構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る配水量予測システ
ムの構成を模式的に示す構成図である。

【図３】日単位配水量と当日の最高温度の関係を示す図
である。

【図４】本発明の第１の実施例に係る配水量予測値を示
す図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係る配水量予測値を示
す図である。

【符号の説明】 １０１ 相関係数算出部 １０２ 時間単位予測係数算出部 １０３ 予測パラメータ入力部 １０４ 予測値修正部 ２００ コンピュータ ２０１ 係数算出手段 ２０２ 配水量予測手段 ２０３ 予測値修正手段 ２１０ データ記憶装置 ２２０ 入力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−239868（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−202515（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−219758（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−16555（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−161705（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−268910（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−294518（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−252998（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−102939（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E03B 1/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】データを記憶する手段と、データを入力す
   る手段と、前記記憶手段に記憶されたデータと前記入力
   手段により入力されたデータを参照して配水量の予測を
   行う演算処理手段と、を少なくとも有する配水量予測シ
   ステムにおいて、 前記演算処理手段に、予め記憶された配水量のデータか
   ら最低配水量を選出する手段と、前記演算処理手段より
   予測した配水量と前記最低配水量と比較し、前記予測配
   水量が前記最低配水量を下回った場合には、前記最低配
   水量を前記予測配水量に入れ替える演算手段と、を含む
   ことを特徴とする配水量予測システム。
2. 【請求項２】データを記憶する手段と、データを入力す
   る手段と、前記記憶手段に記憶されたデータと前記入力
   手段により入力されたデータを参照して配水量の予測を
   行う演算処理手段と、を少なくとも有する配水量予測シ
   ステムにおいて、 前記演算処理手段に、予め記憶された配水量及び最高気
   温のデータから相関係数を算出する手段と、予め記憶さ
   れた配水量のデータから最低配水量を選出する手段と、
   前記入力手段によって入力されたデータと前記算出手段
   によって算出された相関係数と前記選出手段によって選
   出された最低配水量とを参照して配水量を予測する手段
   と、を含むことを特徴とする配水量予測システム。
3. 【請求項３】前記演算処理手段に、予測した配水量と実
   際の配水量とを比較し、比較した結果に基づいて予測配
   水量を修正する手段を含む、ことを特徴とする請求項１
   又は２に記載の配水量予測システム。
4. 【請求項４】データを記憶する手段と、データを入力す
   る手段と、前記記憶手段に記憶されたデータと前記入力
   手段により入力されたデータを参照して配水量の予測を
   行う演算処理手段と、により配水量の予測を行う配水量
   予測方法において、 予め記憶された配水量のデータから最低配水量を選出す
   るステップと、前記演算処理手段により予測した配水量
   と前記最低配水量とを比較し、前記予測配水量が前記最
   低配水量を下回った場合には、前記最低配水量を前記予
   測配水量に入れ替えるステップと、を少なくとも有する
   ことを特徴とする配水量予測方法。
5. 【請求項５】データを記憶する手段と、データを入力す
   る手段と、前記記憶手段に記憶されたデータと前記入力
   手段により入力されたデータを参照して配水量の予測を
   行う演算処理手段と、により配水量の予測を行う配水量
   予測方法において、 予め記憶された配水量及び最高気温のデータから相関係
   数を算出するステップと、予め記憶された配水量のデー
   タから最低配水量を選出するステップと、前記入力手段
   によって入力されたデータと前記算出手段によって算出
   された相関係数と前記選出手段によって選出された最低
   配水量とを参照して配水量を予測するステップと、を少
   なくとも有することを特徴とする配水量予測方法。
6. 【請求項６】配水量の予測に際し、予測した配水量と実
   際の配水量とを比較し、比較した結果に基づいて予測配
   水量を修正するステップを含む、ことを特徴とする請求
   項４又は５に記載の配水量予測方法。
7. 【請求項７】データを記憶する手段と、データを入力す
   る手段と、前記記憶手段に記憶されたデータと前記入力
   手段により入力されたデータを参照して配水量の予測を
   行う演算処理手段と、により配水量の予測を行う配水量
   予測方法において、 （ａ）予め記憶された過去の配水量及び最高気温のデー
   タから相関係数を算出するステップと、 （ｂ）予め記憶された過去の配水量のデータから単位時
   間あたりの最低配水量（Ｖmin／hourとする）と単位日
   あたりの最低配水量（Ｖmin／dayとする）とを選出する
   ステップと、 （ｃ）予め記憶された過去の配水量から最低配水量を減
   じて、単位時間あたりの配水量増加分と単位日あたりの
   配水量増加分とを算出し、単位時間あたりの配水量増加
   分を単位日あたりの配水量増加分で除して得た時刻毎の
   増加割合（Ｄhourとする）を算出するステップと、 （ｄ）前記入力手段によって入力されたデータと前記
   （ａ）のステップによって算出された相関係数とによっ
   て当日の配水量（Ｖ／dayとする）を算出するステップ
   と、 （ｅ）前記（ｂ）のステップで検出した最低配水量（Ｖ
   min／day、Ｖmin／hour）と、前記（ｃ）のステップで
   算出した増加割合（Ｄhour）と、前記（ｄ）のステップ
   で算出した当日の配水量（Ｖ／day）と、から当日の時
   間あたりの配水量（Ｖ／hour）を、式（１）に従って算
   出するステップと、 （ｆ）前記（ｅ）のステップで算出した当日の時間あた
   りの配水量と実際の配水量とを比較し、比較した結果に
   基づいて、前記当日の時間あたりの配水量を修正するス
   テップと、を少なくとも有することを特徴とする配水量
   予測方法。 【数１】 Ｖ／hour＝（Ｖ／day−Ｖmin／day）×Ｄhour＋Ｖmin／hour …（１）